世界上转化效力最高的串连太阳能电池，由硅基电池和钙钛矿叠层组成。

上周四，Science刊发题为《串连有气力》的主要文章，介绍科学家若何经由过程叠层方式，将年夜约三分之一的太阳光转化为电能，从而创记载地晋升了太阳能电池的转化效力。

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钙钛矿，新能源的“蓝光”

硅基叠层钙钛矿电池布局

今天的光伏组件所利用的硅基电池，正在敏捷接近其将阳光转化为电能的最年夜转换率天花板—— 29%。

颠末世界各地多个研究小组的立异，太阳能电池已冲破了30%光电转换效力的主要门坎。一名专家暗示，这一豪举，将使本年有望成为“革命性”的一年。

上周四，《科学》杂志专门介绍了沙特阿拉伯的两位科学家若何使钙钛矿-硅串连太阳能电池的功率转换效力（PCE）到达>30%的方式。

KAUST 研究科学家 Erkan Aydin 博士展现了他和研究人员团队开辟的钙钛矿/硅串连太阳能电池。图片：阿卜杜拉国王科技年夜学

提高太阳能电池效力的一种方式是对其进行优化，使其顺应宽光谱的太阳光，以将其转化为电能。在这类环境下，串连太阳能电池可以包罗接收高能光子的顶部电池和接收低能光子的底部电池。这类器件可以被制造为多层的堆叠，此中顶部和底部电池彼此互连。将钙钛矿太阳能电池和硅太阳能电池单片集成到串连器件中，是以可承受的本钱实现高机能光伏的一条有前程的路子。

钙钛矿叠层电池的冲破，在在在硅层顶部添加了一层钙钛矿（另外一种半导体）。钙钛矿负责捕捉可见光谱中的蓝光，而硅捕捉红光，从而增添了捕捉的总光量。因为每一个电池接收的能量更多，太阳能发电的本钱将会更低，而且装机可以更快地进行。

钙钛矿-硅“串连”电池的研究，到今朝已进行了年夜约十年，但比来的手艺改良，已冲破 30%的转化效力门坎。专家暗示，假如串连电池的出产范围可以或许顺遂地扩年夜，它们可能会在将来五年内投入贸易利用。

“本年是革命性的一年，”文章配合作者、沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技年夜学的斯特凡·德沃尔夫（Stefaan De Wolf）传授说。“使人兴奋的是，多个集体的工作正在敏捷进展。”

由德国亥姆霍兹柏林材料与能源中间的Steve Albrecht 传授带领的一个研究小组，现已发布了有关若何将硅钙钛矿电池的效力提高到 32.5% 的信息。

瑞士洛桑联邦理工学院的 Xin Yu Chin 博士带领的另外一个小组展现了31.25% 的效力，并暗示串连电池具有“高效力和低制造本钱的潜力”。

“这两个小组所展现简直实具有里程碑意义，”德沃尔夫说。他本身的团队在 6 月份操纵串连电池实现了 33.7% 的效力，但还没有在期刊上颁发成果。所有用率丈量均颠末了自力金年会验证。

“冲破 30% 的门坎让我们对将高机能、低本钱光伏产物推向市场布满决定信念，”德沃尔夫说道。到 2022 年，全球太阳能发电容量已到达 1.2 太瓦 (TW)。“但是，为了不与全球变暖相干的灾害脾气景，到 2050 年总容量需要增添到约 75 太瓦，”他说。

太阳能行业也是高效力比赛的一部门。

全球最年夜的太阳能电池出产商——隆基绿能6月份公布，他们的研究功效已到达33.5%。“下降度电本钱，是鞭策光伏财产成长的永久主题。”隆基股分总裁李振国暗示。

“这个行业的成长速度很是很是快，”德沃尔夫说。“我确信中国有多家公司正在致力在此。” 他暗示，欧洲和美国需要增添研发资金，以跟上太阳能发电的加快成长并为其做出进献。

迄今为止，所有用率跨越30%的高效串连电池都很小，尺寸为1cm×1cm。它们此刻需要扩年夜到贸易电池的尺寸，即15 平方厘米。

英国公司牛津光伏（Oxford PV）在本年5 月份公布，其贸易范围电池的效力到达创记载的 28.6%，这意味着扩年夜范围已最先。

牛津光伏（Oxford PV）首席手艺官 Chris Case 暗示：“太阳能已是最廉价、最洁净的能源情势之一，我们的手艺将使其变得加倍经济实惠。”牛津光伏的电池与传统硅基电池在统一出产线上制造，这使得串连电池的年夜范围出产变得加倍轻易。

有待解决的一个问题是，串连电池在实际前提下跟着时候的推移降解的速度有多快。现在的太阳能电池在 25 年后仍具有 80-90% 的转化能力，德沃尔夫暗示，串连电池必需与此相匹配，但迄今为止有关其不变性的数据有限。

德国和瑞士的串连电池提高效力的要害，是解决了钙钛矿层概况的细小缺点。这些答应太阳光子释放的一些电子流回钙钛矿，而不是对电池的电流做出进献，从而下降其效力。解决方案是在钙钛矿和电流流过的导电层之间放置一层有机份子，从而抵偿缺点。

德沃尔夫说，值得留意的是，所有团队都利用分歧的方式来解决这个问题，为寻觅最好贸易设计供给了更多选择。“还很年夜的前进空间，”他说。“我认为现实限制远远跨越 35%。”

今朝还其他手艺，例如多结电池，其效力高达 47%，但这些手艺的出产本钱很是昂贵，而且仅合用在特定用处，例如卫星利用的空天光伏。

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双结电池，光伏的将来

可能良多人对双结电池感受很生疏。其实，HJT和钙钛矿组合而成的叠层电池，就是最多见的双结电池。

假如不斟酌本钱，只斟酌冲刺尝试室数据的话，光伏电池的“结”数，理论上可以有良多，转化效力的天花板也很难摸到。

六结太阳能电池的发现者科学家John Geisz（左）和Ryan France

早在2020年4月，美国国度可再生能源尝试室 (NREL) 的科学家们就缔造了一种六结太阳能电池，转化效力高达 47.1%，这是上面提到的、迄今为止的光伏电池最高记载。

我们都知道单结晶硅电池的效力极限是28.7%。可是近两年世界各地的知名尝试室屡次爆出电池转换效力跨越30%的新闻。此中包罗：

2021年，美国能源部国度可再生能源尝试室 (NREL) 和新南威尔士年夜学的研究人员缔造了一种具有两个吸光层的电池，可以把32.9% 的阳光改变成电。

2022年9月，荷兰利用科学研究组织（TNO）、代尔夫特理工年夜学、埃因霍温理工年夜学和比利时研究机构Imec将半透明钙钛矿太阳能电池与晶体硅相连系，实现了30.1% 的功率转换效力。该电池也是四端串连设置装备摆设的太阳能电池。

本年4月，阿卜杜拉国王科技年夜学 (KAUST) 的Erkan Aydin?开辟出一种新型太阳能电池，创下33.2% 的功率转换效力。双面串连太阳能电池在顶部有钙钛矿电池，在底部有纹理硅。

由KAUST开辟的新型破钙钛矿叠层太阳能电池

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下一代电池手艺的主疆场

本年6月14日，隆基绿能在德国进行的Intersolar Europe 2023上正式公布，经欧洲太阳能测试机构ESTI权势巨子认证，隆基绿能在贸易级绒面CZ硅片上实现了晶硅-钙钛矿叠层电池33.5%的转换效力。

在5月24日，隆基绿能在上海的SNEC光伏展上公布了其在贸易级绒面CZ硅片上实现了晶硅-钙钛矿叠层电池31.8%的转换效力，该效力缔造了世界前3、中国第一的记载。

本年5月19日，一道新能源与Australia新南威尔士年夜学（UNSW）配合启动年夜在35%效力SFOS超高效新型太阳电池研发。其布局是以一道新能高效硅电池作为平台电池，在电池概况叠加具有单重态裂变特征的新型光电转换薄膜材料，构成激子倍增生成进程，使太阳电池的量子效力跨越100%。SFOS理论最高效力可以跨越40%。

天合光能在2022年年报中表露：公司聚焦高效钙钛矿/晶硅叠层电池手艺的研究，已获得了必然的研究功效，经国际权势巨子认证机构第三方测试：2022年7月，小面积钙钛矿/晶体硅两头叠层太阳能电池尝试室效力到达27.9%，尝试室手艺研发程度处在国内领先地位，入选2022太阳电池中国最高效力；2022年12月，效力已晋升至29.2%。

赶碳号此前专门介绍过，协鑫科技在钙钛矿手艺方面已获得相对领先优势。在晶科能源本年的事迹发布会上，董事长李仙德介绍，钙钛矿电池是公司主要的在研项目，并认为“钙钛矿将来将是冲破晶硅电池效力极限的首要路子”。通威股分、晶澳科技等也均有研发结构。

在全球科学家与光伏企业配合尽力下，钙钛矿叠层电池的贸易化或许不会太遥远，但愿就像德沃尔夫传授所猜测的，只要五年时候。

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原文题目:Science：串连有气力！